DE1271464B

DE1271464B - Method for starting up a gas turbine plant by means of a starting turbine and starting system for a gas turbine plant

Info

Publication number: DE1271464B
Application number: DE19661271464
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Emil Graf; Dipl-Ing Rene Strub
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1966-05-09
Filing date: 1966-05-26
Publication date: 1968-06-27
Also published as: CH456252A; NL6608184A

Description

Verfahren zum Anfahren einer Gasturbinenanlage mittels einer Anfahrturbine und Anfahrsystem für eine Gasturbinenanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Gasturbinenanlage mittels einer Anfahrturbine und ein Anfahrsystem zum Durchführen des Verfahrens. Es ist üblich, eine Gasturbinenanlage mit Hilfe eines Elektromotors oder auch eines Drucköl-Kolbenmotors anzufahren. Bei Anwendung einer Gasturbinenanlage aus Gas-Pipelinestationen wurde auch schon vorgeschlagen, für den Anfahrvorgang eine Erdgas-Entspannungsturbine zu verwenden.Method for starting up a gas turbine system by means of a starting turbine and start-up system for a gas turbine plant. The invention relates to a method for starting up a gas turbine system by means of a starting turbine and a starting system to carry out the procedure. It is common to use a gas turbine plant an electric motor or a pressurized oil piston engine. When applied a gas turbine system from gas pipeline stations has also been proposed to use a natural gas expansion turbine for the start-up process.

Die Erfindung hat sich ein Verfahren und Anfahrsystem für eine Gasturbine mit Hilfe eines Hydraulikmotors zur Aufgabe gemacht, bei welchem statt eines hydrostatischen Anfahrmotors eine hydraulische Turbine verwendet wird.The invention has a method and start-up system for a gas turbine made the task with the help of a hydraulic motor, in which instead of a hydrostatic Starting motor a hydraulic turbine is used.

Es ist bekannt, das Anfahren einer Gasturbinenanlage mittels eines Hydraulikmotors (Anfahrmotor) zu besorgen, dem Druckflüssigkeit durch eine angetriebene Pumpe zugeführt wird, wobei die Gasturbinenanlage mit Hilfe eines Schmierölkreislaufes mit Schmieröldruckpumpe geschmiert wird und als Druckflüssigkeit für den Anfahrmotor das Öl des Schmierölsystems verwendet ist. Hieran anknüpfend, besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß dem als Flüssigkeitsturbine ausgebildeten Anfahrmotor Öl von einer Pumpe zugeführt wird, die ihr Öl ihrerseits aus der Förderdruckzone des Schmierölkreislaufes (Zone stromabwärts der Schmierölpumpe) entnimmt, und daß das die Anfahrturbine verlassende Öl sich auf einen Druck entspannt, der den Schmierölpumpendruck nicht unterschreitet, und so in die Förderdruckzone des Schmierölkreislaufes zurückkehrt.It is known to start up a gas turbine system by means of a Hydraulic motor (starting motor) to get the hydraulic fluid driven by a Pump is supplied, the gas turbine system with the help of a lubricating oil circuit is lubricated with a lubricating oil pressure pump and as hydraulic fluid for the start-up motor the oil in the lubricating oil system is used. Following on from this, there is the one according to the invention Method in that the starting motor designed as a liquid turbine oil from a pump is fed, which in turn takes its oil from the delivery pressure zone of the lubricating oil circuit (Zone downstream of the lubricating oil pump) and that the turbine leaving the start-up turbine Oil relaxes to a pressure that does not fall below the pressure of the lubricating oil pump, and so returns to the delivery pressure zone of the lubricating oil circuit.

Nach der Erfindung ist ein Anfahrsystem zum Durchführen dieses Verfahrens gekennzeichnet durch einen an die Förderdruckzone des Schmierölversorgungssystems der Gasturbinenanlage angeschlossenen Anfahrkreislauf für die Anfahrturbine und mindestens eine den Druckpegel im Anfahrkreislauf erhöhende Pumpe.According to the invention is a start-up system for performing this method characterized by a to the delivery pressure zone of the lubricating oil supply system the start-up circuit connected to the gas turbine system for the start-up turbine and at least one pump that increases the pressure level in the start-up circuit.

Mit Hilfe der Erfindung wird auf wirtschaftliche und einfache Art erreicht, daß der Austritt der Anfahrturbine unter überdruck steht, und zwar ist das Druckniveau des Anfahrkreislaufes um den Betrag des Druckes im Schmierölversorgungssystem angehoben. Dadurch, daß das die Anfahrturbine verlassende Öl sich auf einen gehobenen Druck entspannt, werden Kavitationserscheinungen vermieden.With the help of the invention is in an economical and simple way achieved that the outlet of the starting turbine is under overpressure, namely is the pressure level of the start-up circuit by the amount of the pressure in the lubricating oil supply system raised. Because the oil leaving the start-up turbine is on a lifted one If the pressure is released, cavitation phenomena are avoided.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Anfahrkreislauf auf der Druckseite der Anfahrturbine, vorteilhaft einer Francis-Turbine, mit dem Ausgang eines im Schmierölversorgungssystem angeordneten Kühlers und auf der Austrittsseite der Anfahrturbine mit dem Eingang dieses Kühlers in Verbindung steht. Bei dieser Ausbildungsweise wird der Kühler des Schmierölversorgungssystems zum Abführen der Verlustwärme des Anfahrsystems herangezogen. Das ist möglich, weil die Verlustwärme des Schmierölsystems der Gasturbinenanlage selbst während des Anfahrvorganges im Vergleich zum normalen Betrieb klein ist.An advantageous development of the invention is that the Start-up circuit on the pressure side of the start-up turbine, advantageously a Francis turbine, with the output of a cooler arranged in the lubricating oil supply system and on the exit side of the start-up turbine with the entrance of this cooler in connection stands. In this embodiment, the cooler of the lubricating oil supply system becomes used to dissipate the heat loss from the start-up system. It is possible because the heat loss from the lubricating oil system of the gas turbine system itself during the start-up process is small compared to normal operation.

Weitere Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich an Hand eines in der Zeichnung dargestellten und im folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung.Further design features of the invention emerge from the hand one of the exemplary embodiments shown in the drawing and explained below the invention.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellungsweise eine aus einem Verdichter 1, einer Brennkammer 2 und einer Gasturbine 3 bestehende Anlage, die über ein übersetzungsgetriebe 4 einen Generator 5 antreibt. Das Schmierölversorgungssystem besteht im wesentlichen aus einem Ölbehälter 6, einer Pumpe 7, einer Ölleitung 8, an deren einem Ende ein Filter 9 angeschlossen ist, und einem Kühler 10. Durch ein Leitungssystem 11 wird Öl in die Lager 12 bzw. Getriebe 4 der Gasturbinenanlage gefördert und aus dieser wieder durch eine Leitung 13 in den Ölbehälter 6 zurückgeleitet. Das Anfahrsystem besteht aus einer Anfahrturbine 14, die starr mit der Welle 15 der Gasturbinenanlage über ein Getriebe 16 verbunden ist, einer Leitung 17, die an das Schmierölversorgungssystem am Ausgang des Kühlers 10 angeschlossen ist und in der eine Anfahrpumpe 18 und ein Zweiwegeventil 19 angeordnet sind. Die Austrittsseite der Turbine ist durch eine Leitung 20 mit dem Schmierölversorgungssystem nach der Förderdruckseite der Pumpe 7 verbunden. In der Leitung 20 ist ein Zweiwegeventil 21 angeordnet, an das eine in den Ölbehälter 6 mündende Leitung 22 angeschlossen ist. Schließlich ist mit der Leitung 20 eine Abströmleitung 23 verbunden, die in den Ölbehälter 6 eintaucht und in der ein federbelastetes Sicherungsventil 24 zum Schutz der Pumpe 7 angeordnet ist. Mit der Leitung 23 ist oberhalb des Ventils 24 die Rückströmleitung 20 des Anfahrkreislaufes verbunden.The drawing shows a schematic representation of a system consisting of a compressor 1, a combustion chamber 2 and a gas turbine 3, which drives a generator 5 via a transmission gear 4. The lubricating oil supply system consists essentially of an oil tank 6, a pump 7, an oil line 8, at one end of which a filter 9 is connected, and a cooler 10. Oil is conveyed through a line system 11 into the bearings 12 or transmission 4 of the gas turbine system and from there returned again through a line 13 to the oil container 6. The start-up system consists of a start-up turbine 14, which is rigidly connected to the shaft 15 of the gas turbine system via a gear 16, a line 17 which is connected to the lubricating oil supply system at the outlet of the cooler 10 and in which a start-up pump 18 and a two-way valve 19 are arranged . The outlet side of the turbine is connected by a line 20 to the lubricating oil supply system after the delivery pressure side of the pump 7. In the line 20 a two-way valve 21 is arranged, to which a line 22 opening into the oil container 6 is connected. Finally, an outflow line 23 is connected to the line 20, which is immersed in the oil container 6 and in which a spring-loaded safety valve 24 is arranged to protect the pump 7. The return line 20 of the start-up circuit is connected to the line 23 above the valve 24.

Weiterhin ist an das Zweiwegeventil 19 in der Leitung 17 und an die Leitung 20 hinter der Anfahrturbine 14 eine Bypassleitung 25 angeschlossen, deren Zweck später noch erläutert wird. Schließlich ist parallel zu dem Kühler 10 eine Bypassleitung 26 mit einem federbelasteten Ventil 27 angeschlossen.Furthermore, a bypass line 25 is connected to the two-way valve 19 in the line 17 and to the line 20 behind the starting turbine 14, the purpose of which will be explained later. Finally, a bypass line 26 with a spring-loaded valve 27 is connected in parallel to the cooler 10.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der folgenden Weise durchgeführt: Von der Pumpe 7 wird aus dem Behälter 6 Öl angesaugt und auf den im Schmierölsystem gewünschten Druck gebracht. In dem an das Schmierölversorgungssystem erfindungsgemäß angeschlossenen Anfahrkreislauf werden die Zweiwegeventile 19 und 21. in eine solche Stellung gebracht, daß Öl aus dem Schmierölversorgungssystem hinter dem Kühler 10 von der Anfahrpumpe 18 angesaugt wird und von ihr auf den gewünschten erhöhten Druck gebracht werden kann. Die Leitung 25 ist in diesem Fall von dem Anfahrkreislauf getrennt. Das in der Anfahrturbine 14 auf den um die Leitungsverluste vergrößerten Förderdruck der Schmierölpumpe 7 entspannte Öl strömt durch das Ventil 21 in die Leitung 8 zurück. Es ist zweckmäßig, den beispielsweise von Wasser durchströmten Kühler 10 für die für das Schmierölsystem (Lager, Getriebe-Schmierung und -Kühlung) der Gasturbinenanlage benötigte Ölmenge zu bemessen. Im Anfahrkreislauf zirkuliert eine weit größere Ölmenge als die dem Schmierölleitungssystem zugeführte. In Abhängigkeit von dem in dem Kühler 10 auftretenden höheren Druckabfall im Vergleich zum normalen Betrieb der Anlage öffnet das in der Bypassleitung 26 angeordnete federbelastete Ventil 27, und ein Teil der Ölmenge durchströmt die Bypassleitung 26.The method according to the invention is carried out in the following manner: oil is sucked in from the container 6 by the pump 7 and brought to the pressure desired in the lubricating oil system. In the start-up circuit connected to the lubricating oil supply system according to the invention, the two-way valves 19 and 21 are brought into such a position that oil is sucked in from the lubricating oil supply system behind the cooler 10 by the starting pump 18 and can be brought to the desired increased pressure by it. In this case, the line 25 is separated from the start-up circuit. The oil expanded in the starting turbine 14 to the delivery pressure of the lubricating oil pump 7, which is increased by the line losses, flows back through the valve 21 into the line 8. It is expedient to dimension the cooler 10 through which water flows, for example, for the amount of oil required for the lubricating oil system (bearings, gear lubrication and cooling) of the gas turbine system. A much larger amount of oil circulates in the start-up circuit than that supplied to the lubricating oil line system. Depending on the higher pressure drop occurring in the cooler 10 compared to normal operation of the system, the spring-loaded valve 27 arranged in the bypass line 26 opens, and part of the amount of oil flows through the bypass line 26.

Zur Verdeutlichung der Erfindung seien in einem Zahlenbeispiel folgende Angaben gemacht: So kann beispielsweise der Öldruck des Schmierölversorgungssystems etwa 2 atü und der Eingangsdruck in die Anfahrturbine etwa 30 atü betragen. Während dem Schmierölleitungssystem der Gasturbinenanlage etwa 201 Öl pro Sekunde zugeführt werden, können im Anfahrkreislauf etwa 1001 pro Sekunde zirkulieren. Während des Anfahrens wird der Kühler 10 von z. B. 401 pro Sekunde durchsetzt; während die restliche Ölmenge, in diesem Fall 801 pro Sekunde, durch die Bypassleitung 26 strömt.To illustrate the invention, the following information is given in a numerical example: For example, the oil pressure of the lubricating oil supply system can be around 2 atm and the inlet pressure into the starting turbine can be around 30 atm. While about 201 oil per second are supplied to the lubricating oil line system of the gas turbine system, about 1001 per second can circulate in the start-up circuit. During start-up, the cooler 10 of z. B. 401 traversed per second; while the remaining amount of oil, in this case 801 per second, flows through the bypass line 26.

Es ist auch möglich, zum Erzielen einer zusätzlichen Kühlleistung parallel zu dem Kühler 10 noch eine einen Kühler 29 aufweisende Bypassleitung 28 vorzusehen, in der ein federbelastetes Ventil 30 angeordnet ist. Auch hierbei wird der Kühler 29 mit Hilfe des Ventils 30 automatisch in Betrieb genommen. Nach Beendigung des Anfahrvorganges wird die Anfahrpumpe 18 stillgesetzt, und die Zweiwegeventile 19 und 21 werden in eine solche Stellung gebracht, daß nunmehr der Anfahrkreislauf von dem Schmierölversorgungssystem abgetrennt ist und das im Anfahrkreislauf befindliche Öl durch die Leitungen 25, 20 und 22 in den Ölbehälter 6 abströmen kann. Mit dem Anfahrkreislauf ist vorteilhaft eine Entlüftungseinrichtung verbunden, die im Ausführungsbeispiel aus einem Entlüftungsstutzen 31 mit einem während der Zeit, in der das Anfahrsystem gefüllt bzw. entleert wird, geöffneten Ventil 32 und mit einer in den Ölbehälter 6 mündenden Leitung 34, die an ihrem oberen Ende an einen Trichter 33 anschließt, besteht. Bei starrer Kupplung der Anfahrturbine 14 mit der Welle 15 der Gasturbinenanlage - wie im Ausführungsbeispiel dargestellt -dreht die Turbine, wenn das Anfahrsystem entleert ist, in Luft. Die hierbei entstehenden Verluste sind äußerst gering und können leicht abgeführt werden.It is also possible, in order to achieve an additional cooling capacity, to provide a bypass line 28, which has a cooler 29 and in which a spring-loaded valve 30 is arranged, parallel to the cooler 10. Here, too, the cooler 29 is automatically put into operation with the aid of the valve 30. After the start-up process has been completed, the start-up pump 18 is stopped and the two-way valves 19 and 21 are brought into such a position that the start-up circuit is now separated from the lubricating oil supply system and the oil in the start-up circuit through lines 25, 20 and 22 into the oil container 6 can flow away. A venting device is advantageously connected to the start-up circuit, which in the exemplary embodiment consists of a venting port 31 with a valve 32 that is open during the time in which the start-up system is being filled or emptied and with a line 34 opening into the oil tank 6, which at its upper End connected to a funnel 33 consists. When the starting turbine 14 is rigidly coupled to the shaft 15 of the gas turbine system - as shown in the exemplary embodiment - the turbine rotates in air when the starting system is emptied. The resulting losses are extremely small and can be easily dissipated.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die Anfahrturbine über eine lösbare Kupplung an die Gasturbinenanlage anzuschließen. In diesem Fall können die Zweiwegeventile 19, 21 samt den Leitungen 25, 22 wegfallen. An Stelle des Ventils 21 würde dann eine Rückschlagklappe eingebaut, die öffnet, wenn die Pumpe 18 und die Turbine 14 in Betrieb sind, und schließt, wenn die Pumpe stillsteht und die Turbine abgekuppelt ist.It is of course also possible to use the approach turbine via a to connect releasable coupling to the gas turbine system. In this case, the Two-way valves 19, 21 and lines 25, 22 are omitted. Instead of the valve 21 would then incorporate a non-return valve that opens when the pump 18 and the turbine 14 are in operation, and closes when the pump is stopped and the Turbine is disconnected.

Zu den nachfolgenden Patentansprüchen wird bemerkt, daß für die Gegenstände der Unteransprüche ein vom Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) losgelöster Schutz nicht begehrt ist.To the following claims it is noted that for the objects the subclaims are detached from the main idea of the invention (claim 1) Protection is not desired.

Claims

Claims: 1. A method for starting up a gas turbine system by means of a hydraulic motor (starting motor) to which pressure fluid is supplied by a driven pump, the gas turbine system being lubricated with the aid of a lubricating oil circuit with a lubricating oil pressure pump and the oil of the lubricating oil system being used as the pressure fluid for the starting motor, since -characterized in that the starting motor designed as a liquid turbine (14) is supplied with oil from a pump (18), which in turn takes its oil from the delivery pressure zone of the lubricating oil circuit (zone downstream of the lubricating oil pump 7), and that the starting turbine (14) leaves Oil relaxes to a pressure that does not fall below the pressure of the lubricating oil pump and thus returns to the delivery pressure zone of the lubricating oil circuit.

2. Start-up system for a gas turbine plant for carrying out the method according to claim 1, characterized by a to the delivery pressure zone of the lubricating oil supply system the start-up circuit connected to the gas turbine system for the start-up turbine and at least one pump that increases the pressure level in the start-up circuit.

3. Start-up system according to claim 2, characterized in that a Francis turbine is used as the starting turbine serves.

4. start-up system according to claim 2, characterized in that the start-up turbine is rigidly connected to the shaft of the gas turbine system.

5. Start-up system according to claim 2, characterized in that the starting turbine has a gear is uncoupled with the shaft of the gas turbine system in connection.

6. Start-up system according to claim 2, characterized in that the start-up circuit is on the pressure side the start-up turbine with the output of one arranged in the lubricating oil supply system Cooler and on the exit side of the start-up turbine with the entrance of this cooler communicates.

7. Start-up system according to claim 6, characterized in that A bypass line with an adjustable valve is arranged to the cooler. B.

Start-up system according to Claim 6, characterized in that in the bypass to the cooler an auxiliary cooler is arranged with an adjustable valve.

9. Start-up system according to Claim 2, characterized in that in the start-up circuit to the start-up turbine and a bypass line is arranged on the start-up pump and at the connection point a two-way valve between the suction side of the start-up pump and the bypass line is arranged and that continues with in the start-up circuit in front of the connection point the lubricating oil supply system a two-way valve is arranged, which is connected to an in connected to an oil tank of the lubricating oil supply system opening line is.

10. Start-up system according to claim 2, characterized by a venting device (32, 33) for the return flow line (20) of the turbine (14). Documents considered: German Patent No. 926133.